CN105378972B - 用于锂离子电池模块的冷却系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括电池模块(13)，所述电池模块具有电化学电池单元(30)和配置成容纳电化学电池单元(30)的壳体(31)。壳体(31)包括具有第一表面(33)和第二表面(54)的第一侧壁(52)。壳体还包括穿过壳体(31)的第一侧壁(52)从第一表面(33)延伸到第二表面(54)的冷却通道(50)，其中所述冷却通道(50)配置成允许穿过冷却通道(50)的流体流动以用于冷却电化学电池单元(30)。冷却通道(50)中的每一个包括跨第一侧壁(52)的第一表面(33)的第一截面面积和跨第一侧壁(52)的第二表面(54)的第二截面面积，其中第一截面面积不等于第二截面面积。冷却通道(50)中的每一个还包括在第一截面面积与第二截面面积之间延伸的渐缩部分。

Description

用于锂离子电池模块的冷却系统和方法
相关申请的参见引用
本申请要求2013年7月25日提交的名称为“用于锂离子电池模块和系统的增强被动冷却方法”的美国临时申请序号61/858,364的优先权和权益，该申请的全部内容为了所有目的以引用方式并入本文。
背景技术
本公开大体上涉及电池和电池模块的领域。更具体地说，本公开涉及用于锂离子电池模块的冷却系统。
本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求权利的本公开各个方面有关的领域的各个方面。相信此论述有助于为读者提供背景信息以促进本公开的各个方面的更好理解。因此，应理解的是，这些陈述应从这个角度来阅读，而不应作为对现有技术的认可。
使用一个或多个电池系统为车辆提供全部或一部分原动力的车辆可以称为xEV，其中术语“xEV”在本文被定义为包括以下使用电力用于其全部或者其部分车辆原动力的车辆或其任何变型或组合。如本领域技术人员将理解的，混合动力车辆(HEV)将内燃发动机推进系统和电池供电的电力推进系统相结合，诸如48伏(V)或130V系统。术语HEV可以包括混合动力车辆的任何变型。例如，全混合动力系统(FHEV)可以使用一个或多个电动机、仅使用一个内燃发动机或者同时使用二者来将动力和其他电力提供给车辆。相比之下，轻度混合动力系统(MHEV)在车辆怠速时禁用内燃发动机并且使用电池系统来继续为空气调节单元、广播或其他电子器件供电，以及在需要推进时重新启动发动机。轻度混合动力系统还可以在，例如加速期间，采用某种程度的动力辅助，以补充内燃发动机。轻度混合动力通常是96V至130V，并且通过集成有皮带或曲柄的起动发电机来恢复制动能量。另外，微混合动力车辆(mHEV)也使用类似于轻度混合动力的“停止-起动”系统，但是mHEV的微混合动力系统可以对内燃发动机供应动力辅助或者可以不对其供应动力辅助，并且在低于60V的电压下操作。为了本论述的目的，应注意的是，mHEV通常在技术上不将直接提供到曲轴或变速器的电力用于车辆的原动力的任何部分，但是mHEV仍可以被认为是xEV，因为当车辆在内燃发动机被禁用的情况下怠速时其使用电力来补充车辆的电力需要，并且通过集成的启动发电机来恢复制动能量。此外，充电式电动车辆(PEV)是可以从外部电力源(诸如壁式插座)充电的任何车辆，并且存储在可再充电电池组中的能量驱动或者有助于驱动车轮。PEV是电动车辆的子类别，包括全电动或电池电动车辆(BEV)、充电式混合动力车辆(PHEV)以及在混合动力车辆与常规内燃发动机车辆之间转换的电动车辆。
如上所述，与仅使用内燃发动机和传统电气系统(通常是由铅酸电池供电的12V系统)的更传统的汽油动力车辆相比，xEV可提供若干优点。例如，与传统的内燃车辆相比，xEV可以产生较少的不良排放产物并且可以呈现出更大的燃料效率，并且在一些状况下，这些xEV可以完全消除汽油的使用，如在某些类型的PHEV的状况下。
随着技术持续发展，需要提供一种用于这些车辆的改进的动力源，特别是电池模块。例如，在传统的配置中，电池模块可能包括配置成冷却电池模块的笨重或复杂的组件或系统。笨重或庞大的冷却组件可能增加电池模块的重量、尺寸或体积，因此减少电池模块的能量密度和/或增加电池模块的成本。另外，复杂的冷却组件可能使得电池模块及其部件的组装和/或制造变复杂，这可能导致增加电池模块的成本。
发明内容
以下概述根据本公开的主题的某些实施例范围。这些实施例并不旨在限制本公开的范围，而是这些实施例仅旨在提供某些公开的实施例的简要概述。事实上，本公开可以涵盖可以与以下阐述的实施例类似或不同的各种形式。
本公开涉及一种电池模块，该电池模块具有电化学电池单元和配置成容纳电化学电池单元的壳体。壳体包括具有第一表面和第二表面的第一侧壁。壳体还包括穿过壳体的第一侧壁从第一表面延伸到第二表面的冷却通道，其中冷却通道被配置成允许穿过冷却通道的流体流动以用于冷却电化学电池单元。冷却通道中的每一个包括跨第一侧壁的第一表面的第一截面面积和跨第一侧壁的第二表面的第二截面面积，其中第一截面面积不等于第二截面面积。冷却通道中的每一个还包括在第一截面面积与第二截面面积之间延伸的渐缩部分。
本公开还涉及一种壳体，该壳体具有第一侧壁和与第一侧壁相对设置的第二侧壁。壳体还包括设置在壳体的第一与第二侧壁之间并且由从第一和第二侧壁向内延伸的隔板限定的内槽。内槽被配置成容纳电化学电池单元并且隔板被间隔开以使得每个内槽的大小能容纳一个或多个电化学电池单元。壳体的第一和第二侧壁包括配置成设置在电化学电池单元的端子附近的顶表面和与顶表面相对设置的底表面。第一和第二侧壁还包括穿过第一和第二侧壁从顶表面延伸到底表面的冷却通道。冷却通道被配置成允许在电化学电池单元的侧面附近的流体流动穿过其中，以用于借助于从电化学电池单元通过至少一个壳体并且到达多个冷却通道的热传递来冷却电化学电池单元。每个冷却通道从顶表面到底表面或者从底表面到顶表面是渐缩的。
本公开还涉及一种用于电池模块的壳体，其中壳体包括至少一个侧壁，所述侧壁被配置成沿由壳体容纳的电化学电池单元的侧面设置。至少一个侧壁包括配置成设置在电化学电池单元的端子附近的顶表面、与顶表面相对设置的底表面、穿过至少一个侧壁从顶表面延伸到底表面的冷却通道以及在至少一个侧壁内延伸并且联接到冷却通道的横向腔。壳体还包括冷却插入物，该冷却插入物被配置成设置在横向腔内以使得冷却插入物至少部分地延伸穿过多个冷却通道。
附图说明
图1是具有根据本文实施例配置以向车辆的各个不同部件提供电力的电池模块的车辆的立体图；
图2是图1的车辆和电池模块的实施例的剖面示意图；
图3是用于图1的车辆中的电池模块的一部分的实施例的立体图，该电池模块具有含有冷却通道的壳体；
图4是根据本公开的一个方面的用于图3的电池模块的壳体的实施例的立体图；
图5是根据本公开的一个方面的具有圆形冷却通道的图3的壳体的实施例的俯视图；
图6是根据本公开的一个方面的具有矩形冷却通道的图3的壳体的实施例的俯视图；
图7是根据本公开的一个方面的具有三角形冷却通道的图3的壳体的实施例的俯视图；
图8是根据本公开的一个方面的具有渐缩圆形冷却通道的图3的壳体的实施例的剖面立体图；
图9是根据本公开的一个方面的具有渐缩矩形冷却通道的壳体的实施例的剖面立体图；
图10是根据本公开的一个方面的具有渐缩三角形冷却通道的壳体的实施例的剖面立体图；
图11是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的冷却插入物的实施例的立体图；
图12是具有图11的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图13是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的图11的冷却插入物的实施例的立体图；
图14是具有图13的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图15是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的图11的冷却插入物的实施例的立体图；
图16是具有图15的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图17是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的图11的冷却插入物的实施例的立体图；
图18是具有图17的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图19是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的图11的冷却插入物的实施例的立体图；
图20是具有图19的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图21是具有图19的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图；
图22是配置成设置在电池模块的壳体的一部分中的图11的冷却插入物的实施例的立体图；以及
图23是具有图22的冷却插入物的图3的壳体的实施例的一部分的底部立体图。
具体实施方式
本文描述的电池系统可以用来为各种类型的电动车辆(xEV)和其他高压能量存储/消耗应用(例如，电网电力存储系统)提供电力。这些电池系统可以包括一个或多个电池模块，具有若干电池单元(例如，锂离子电化学电池单元)的每个电池模块布置成提供可用于为例如xEV的一个或多个部件供电的特定电压和/或电流。个别电化学电池单元可以放置在电池模块的壳体中。壳体可以将每个单个电化学电池单元保持在所需位置中，并且可以包括用于冷却电化学电池单元的各种热管理特征。例如，根据本文实施例，壳体可以包括在特定方向上延伸穿过壳体并且配置成冷却电化学电池单元的冷却通道。冷却通道也可以是渐缩的或者被成形以促进穿过冷却通道的流体流动，其中流体流动可以增强电化学电池单元的冷却。另外，可以将热传导冷却插入物设置在壳体中且靠近冷却通道，以将从电化学电池单元吸取的热量传导并集中到冷却通道附近的区域。这可以使得增强流过冷却通道的流体(例如，空气)的热量吸取。实际上，现在认识到，根据本公开配置的冷却通道可以使用周围条件增强电化学电池单元的冷却，由此减少或消除对多个主动冷却方法(例如，强制流体流动)的依赖。
通过在例如电池模块的壳体的侧壁中直接包括渐缩冷却通道和/或冷却插入物，所述电池模块的尺寸、重量和/或容积可能减小，从而与具有分开的或更复杂的笨重冷却系统的传统配置相比，减少成本并增加电池模块的能量密度。另外，通过在壳体的侧壁内包括冷却通道和/或冷却插入物，与具有分开的或更复杂的笨重冷却系统的传统配置相比，可使得电池模块的制造和组装较不复杂。
鉴于以上所述，与冷却通道和相关特征有关的本文实施例可以应用于任何电池或电池系统、特别是用于xEV中的电池系统。例如，图1是根据本文实施例的以具有电池系统12的汽车(例如，轿车)的形式的xEV 10的立体图，该电池系统用于提供用于车辆10的原动力的一部分，如以上所描述。尽管xEV 10可以是以上描述的任何类型的xEV，但是具体举例而言，xEV 10可以是mHEV，其包括配备有微混合动力系统的内燃发动机，所述微混合动力系统包括起动停止系统，起动停止系统可以在起动停止循环期间使用电池系统12来为至少一个或多个配件(例如，AC、灯、控制台等)以及内燃发动机的点火供电。
另外，尽管xEV 10被示出为图1中的轿车，但是车辆的类型在其他实施例中可以不同，所有类型意欲包含在本公开的范围内。例如，xEV 10可以代表包括卡车、公共汽车、工业车辆、摩托车、休闲车、船的车辆或者可以得益于电力的使用的任何其他类型的车辆。额外地，虽然电池系统12在图1中被示出为放置在车辆的行李箱中或后部，但是根据其它实施例，电池系统12的位置可以不同。例如，电池系统12的位置可以基于车辆内的可用空间、车辆的所需重量平衡、与电池系统12一起使用的其它部件(例如，电池控制单元、测量电子器件等)的位置以及各种其它考虑来选择。
xEV 10可以是具有电池系统12的HEV，该电池系统如图2中所示包括一个或多个电池模块13，其中每个电池模块13包括一个或多个电化学电池单元。具体来说，图2中所示的电池系统12朝向车辆10的后部设置且在燃料箱14的附近。在其它实施例中，电池系统12可以与燃料箱14紧密相邻设置、设置在车辆10的后部的单独隔室(例如，行李箱)中或者设置在HEV 10的另一个适合的位置中。另外，如图2中所示，当HEV 10使用汽油动力来推进车辆10时，HEV 10包括内燃发动机16。HEV 10还包括电动机18、动力分配设备20以及作为驱动系统的一部分的发电机22。
图2中所示的HEV 10可以由电池系统12单独、由内燃发动机16单独或者由电池系统12和内燃发动机16二者来供电或驱动。应注意的是，在其它实施例中，可以使用其它类型的车辆和用于车辆驱动系统的配置，并且图2的示意性图示不应认为是限制本申请中描述的主题的范围。根据各种实施例，在其他特征中，电池系统12的尺寸、形状和位置、相应的电池模块13以及车辆的类型可以与所展示或描述的那些不同。
例如，不同的车辆10可以包括不同类型的电池系统13。图3的立体图中示出电池模块13的一个此类实施例。在所示实施例中，电池模块13包括设置在壳体31中的十二个电化学电池单元30，然而电化学电池单元30的数量可以取决于应用、车辆或所需电力考虑而变化。电化学电池单元30的某些部分(诸如其外壳)可以通过设置在电化学电池单元30或壳体31或二者上的特征而彼此电气地隔离。在所示实施例中，电化学电池单元30的端子(例如，从电化学电池单元30内向上延伸)通过总线条单元互连件32联接在一起，其中所示实施例中的端子完全被总线条单元互连件32覆盖。电化学电池单元30可以通过总线条单元互连件32来串联或并联在一起。在一些实施例中，电化学电池单元30中的一些可以串联，并且电化学电池单元30中的一些可以并联。串联和并联互连的任何适当组合在本公开的范围内。
除了将电化学电池单元30联接在一起之外，总线条单元互连件32还可以与壳体31的顶表面33对接。例如，在所示实施例中，总线条单元互连件32配合在电化学电池单元30的端子上，并且抵靠在壳体31的顶表面33上。在其它实施例中，总线条单元互连件32可以卡扣到壳体31的顶表面33中，或者可以其它方式联接到壳体31。在所示壳体31的两端34附近，引线36被电气地联接到电化学电池单元30或者联接到其相关联的总线条单元互连件32，其中引线36从电池模块13延伸离开并且联接到负载38。因此，引线36提供电池模块13与负载38之间的电路径，从而通过由电池模块13的电化学电池单元30所产生和提供的电荷来为负载38供电。
除了这些电气特征之外，电池模块13还可以包括在总线条单元互连件32下方、在总线条单元互连件32之间或者以其它方式离开总线条单元互连件32或者在其外侧的一个或多个热管理特征。例如，如图4中的壳体31的实施例的立体图中所描绘，壳体31包括延伸穿过壳体31的侧壁52的若干冷却通道50。具体来说，冷却通道50从壳体31的顶表面33延伸到壳体31的底表面54，并且侧壁52各自在壳体31的末端34之间延伸。冷却通道50可以通过例如增加电池模块13的热交换区域来提供电池模块13的增强的热管理。也就是说，通过冷却通道50，在壳体31的侧壁52附近的热交换区域(例如，与热交换流体交换热量的总表面区域)不仅包括侧壁52的外表面55，而且包括冷却通道50的内表面56。此外，冷却通道50使得能够比原本可行的情况更靠近电化学电池单元30发生热交换。就此而言，应注意的是，由于冷却通道50更靠近壳体31中的电化学电池单元30而非侧壁52的外表面55设置，这使得能够减少热产生(从电化学电池单元30)与热吸取(通过冷却通道50中的热交换流体)之间的距离，所以增强了热管理。因此，可以比不包括冷却通道50的情况更快速地从电池模块13吸取热量。
应注意的是，在一些实施例中，壳体31并且具体来说壳体31的侧壁52可以由包括聚合物(例如，塑料)的基础材料制成。壳体31可以用聚合物材料注塑模制而成。另外，在制造(例如，注塑模制)壳体31时，冷却通道50可以形成在壳体31的聚合物侧壁52中。替代地，在一些实施例中，在制造壳体31的基本形式之后，可以在壳体31的侧壁52中钻孔、模制或以其他方式形成冷却通道50。
另外，冷却通道50可以被配置(例如，通过其形状、取向和尺寸)成促进穿过冷却通道50的流体流动(例如，空气的)，由此与另一个被动布置中仅将热量传递到基本上静止的空气相比，增强热量交换。冷却通道50可以被配置成产生穿过冷却通道50的一定速度的流体流动(与将热量传递到静止空气相反)，这增加在给定时间周期内在热交换表面上(例如，冷却通道50内侧)流动的流体量。这可以增加热传递(冷却)速率。在没有主动冷却设备的情况下使用冷却通道50时，穿过在壳体31的侧壁52中的冷却通道50的流体流动可以通过风扇或鼓风机来直接促进，如参照稍后附图详细描述。另外，在一些实施例中，液体流体可以通过泵或一些其它设备穿过冷却通道50。
图5至图7中示出具有特定形状的冷却通道50的壳体31的示例性实施例。冷却通道50穿过壳体31的侧壁52在方向60上从壳体31的顶表面33向下延伸。在所示实施例中，侧壁52在方向62上延伸，并且冷却通道50相对于方向62(例如，沿壳体31的长度方向)跨侧壁52隔开(例如，均匀地隔开)。例如，冷却通道50可以与在方向66上延伸到壳体31中的隔板64对齐，其中隔板64在方向62上跨侧壁52间隔开(例如，均匀地)并且被配置成将在壳体31中的电化学电池单元30彼此隔开。例如，隔板64可以在壳体31内限定槽65，其中每个槽65被配置成保持一个或多个电化学电池单元30，并且每个冷却通道50可以与隔板64中的对应一个对齐。然而，在其它实施例中，冷却通道50可以各自放置在两各自的隔板64之间。
通常，冷却通道50的形状、尺寸和/或取向可以设置成能促进或增强穿过冷却通道50的流体流动，以用于冷却设置在壳体31中的电化学电池单元30。例如，在图5中，冷却通道50是圆形的，在图6中，冷却通道50是矩形的，并且在图7中，冷却通道50是三角形的。通常，冷却通道50可以具有任何适合的截面几何形状，包括但不限于卵形、椭圆形、半圆形或泪珠形。另外，冷却通道50可以不全具有相同的形状。例如，任何实施例的跨壳体31的一个侧壁52的冷却通道50可以在第一形状(例如，圆形)与第二形状(例如，正方形)之间交替。或者，壳体31的一个侧壁52上的冷却通道50可以是第一形状(例如，圆形)，而壳体31的另一个侧壁52上的冷却通道50可以是第二形状(例如，正方形)。另外，冷却通道50的形状可以取决于电池模块13的实施例而不同地定向。例如，图6中的矩形冷却通道50包括与方向62平行地设置的长边68和与方向66平行地设置的短边70。在另一个实施例中，长边68可以与方向66平行地设置，并且短边70可以与方向62平行地设置。
更进一步，冷却通道50的尺寸可以在例如壳体31的侧壁52内的方向60上变化，以开始或增强穿过冷却通道50的烟囱效应。例如，图8-10是具有渐缩冷却通道50的壳体31的实施例的剖面立体图。在所示实施例中，冷却通道50从壳体31的底表面54处的第一截面尺寸到壳体31的顶表面33处的第二截面尺寸(小于第一截面尺寸)是渐缩的。也就是说，每个冷却通道50的截面面积在壳体31的底表面54处比在壳体31的顶表面33处大，并且每个冷却通道50从底表面54到顶表面33是渐缩的。根据本文实施例的任何形状的冷却通道50可以是渐缩的。例如，图8是具有渐缩圆形冷却通道50的壳体31的实施例，图9是具有渐缩矩形冷却通道50的壳体31的实施例，并且图10是具有渐缩三角形冷却通道50的壳体31的实施例。额外地或替代地，壳体31还可包括具有卵形、椭圆形、半圆形或泪珠形的渐缩冷却通道50。另外，在另一个实施例中，替代从壳体的底表面54到壳体31的顶表面33，上述冷却通道50中的任一个可以从壳体31的顶表面33到壳体的底表面54是渐缩的。渐缩的取向可以取决于例如穿过冷却通道50的流体流动的预期或所需方向，如以下所描述。另外，流体流动的所需方向可以取决于在壳体31中的电化学电池单元30的取向(例如，基于热点)。
通常，每个渐缩冷却通道50被配置成在方向60上跨渐缩冷却通道50产生压差。渐缩冷却通道50限制穿过冷却通道50的流体流动，从而产生可以引导和/或加速流体流动的压差(例如，产生烟囱效应)。换言之，流体流动被限于一侧相对于另一侧(例如，顶对底)，从而增加或维持穿过每个冷却通道50的流体流动的速度。穿过渐缩冷却通道50的流体流动的速度的增加或维持可以增加流体的质量流量，由此增加流体流动的热传递系数。以此方式，渐缩冷却通道50增加电池模块13的热传递效率。
如以上所阐述，进入冷却通道50中的流体流动可以受到被动地或主动地促进。例如，在图8-10中所示的实施例中，可以在壳体31下方设置风扇70，其中风扇70增加进入和穿过冷却通道50的流体(例如，空气)的循环。冷却通道50中的渐缩可以按以上所阐述的方式维持或增加流过冷却通道50的空气的速度。
替代地或额外地，风扇所产生的流体流动(例如，空气流动)或者壳体31附近的不同的流体流动可以引起穿过每个冷却通道50的烟囱效应(例如，烟道效应)。例如，在没有风扇70的实施例中，热量可以在电池系统13工作的同时传递到冷却通道50内的空气。由于热空气由于浮力在冷却通道50内上升，所以来自壳体31外侧的较冷空气取代热空气。空气的这种移动可以引起穿过冷却通道50从底表面54到顶表面33的气流(例如，流体或空气流动)，这可以按以上参照风扇70所描述的相同方式增强热传递。再次，每个冷却系统50的至少一部分可以是渐缩地，以维持或增加所引起的吹过冷却通道50的气流的速度。
除了以上描述的渐缩冷却通道50和各种流体流动之外，电池模块13的壳体31还可以包括设置在壳体31的侧壁52的一个或多个内的冷却插入物或冷却板，以进一步促进冷却和热传递。例如，图11和图12分别示出冷却插入物80的实施例的底部立体图，并且冷却插入物80设置在壳体31的侧壁52的一个中。冷却插入物80可以由金属材料或者比壳体31的聚合物侧壁52更加导热的另一种材料制成。因此，冷却插入物80可以被配置成将热量传导离开电化学电池单元30和壳体31并且朝向冷却通道50，如以下所描述。
在所示实施例中，冷却插入物80是薄的(例如，比壳体31的侧壁52薄)并且包括彼此相对设置的两个宽的连续平坦面82。图12中的壳体31的侧壁52包括例如穿过侧壁52从侧壁52的顶表面33延伸到侧壁52的底表面54的横向腔84。图12中的横向腔84还延伸穿过冷却通道50。在其它实施例中，横向腔84可以在顶表面33与底表面54之间延伸，但是不可以一直延伸到顶表面33和/或底表面54。在任一种配置中，横向腔84可以被配置成容纳(例如，围绕或封闭)冷却插入物80，从而使得冷却插入物80设置在冷却通道50内(例如，至少部分地在每个冷却通道50内延伸)。如本文所描述，冷却插入物80的包含可以将每个冷却通道50分为两个分开的段86，这可以进一步增加电池模块13的热交换表面面积，从而增强电池模块13的热管理。因为冷却插入物80可以由比壳体31更导热的材料制成，所以冷却插入物80可以被配置成从设置在电池模块13的壳体31内的电化学电池单元30并且从壳体31本身吸取热量，从而使得所吸取的热量集中在冷却通道50附近(或内部)的冷却插入物80中。也就是说，冷却插入物80可以产生用于传导热离开电化学电池单元30并且传导至冷却通道50内的流体的额外通路。应注意，在一些实施例中，冷却插入物80可以被插入(例如，可移除地)到横向腔84中，而在其它实施例中，冷却插入物80可以在壳体31的制造期间与壳体31模制在一起(例如，在壳体31的侧壁52中)或者以一些其它方式设置在横向腔84中。
在一些实施例中，冷却插入物80可以是有纹理的或者包括增强热管理的其它特征(例如，通过增加的表面面积)。换言之，在某些实施例中，冷却插入物80可以不包括彼此相对设置的两个宽的连续平坦面82。例如，图13和14分别示出具有冷却管90的冷却插入物80的实施例，并且该冷却插入物80(具有冷却管90)设置在壳体31的侧壁52的一个中。在所示实施例中，冷却管90跨冷却插入物80被隔开(例如，均匀地隔开)，并且每个冷却管90被配置成配合到壳体31的侧壁52中的冷却通道50中的对应的一个中。通过在冷却插入物80上包括冷却管90，冷却插入物80从设置在壳体31中的电化学电池单元30传导的热量可以集中在冷却通道50的圆周周围的冷却插入物80中。因此，在某些实施例中，流过冷却通道50的流体可以始终与冷却插入物80的导热冷却管90接触，这提高对流体的热传递的速率。
此外，因为冷却插入物80可以由具有比壳体31的基础材料(例如，聚合物)高的导热率的一种或多种材料形成，所以可以增加对冷却通道50中的流体的热传递的速率，由此增强电化学电池单元30的热管理。另外，冷却插入物80凭借其较高的导热率可以沿方向60更均匀地分布热量，这也可以促进对冷却通道50中的流体的热传递。这可以进一步增加先前描述的热传递系数，从而使得能够增强热传递，且因此增强电池模块13的热管理。
应注意，每个冷却管90可以是渐缩的，从而使得每个冷却管90的外部轮廓92的形状对应于对应冷却通道50的内表面56。每个冷却管90的外部轮廓92的尺寸(例如，截面尺寸)也可以对应于对应冷却通道50的内表面56，或者替代地，可以小于对应冷却通道50的内表面56。另外，应注意的是，冷却管90可以具有任何截面几何形状，包括但不限于圆形、卵形、椭圆形、半圆形、泪珠形等。在其它实施例中，不对应于冷却通道50的形状的的冷却管90的形状也在本公开的范围内。
冷却插入物80的表面可以替代地包括与冷却管90相对的冷却翅片，或者可以包括其组合。例如，图15和16分别示出具有冷却翅片100的冷却插入物的实施例的立体图，并且冷却插入物80(具有冷却翅片100)设置在壳体31的侧壁52的一个中。在所示实施例中，冷却翅片100跨冷却插入物80被隔开(例如，均匀地隔开)，并且定向在相同的方向上。
每个冷却翅片100被配置成至少部分地设置在冷却通道50中的对应通道中。事实上，如图16中所示，冷却翅片100将每个冷却通道50分成三个不同的段102，所述段可以进一步增加电池模块13的热交换面积，以用于增强电池模块13(例如，电池模块13中的电化学电池单元30)的热管理，如先前所描述。另外，冷却翅片100可以延伸到隔板64中或其附近，隔板被配置成分开电化学电池单元30，这在电化学电池单元30与冷却插入物80之间提供更短的距离(通过朝向电化学电池单元30并且在电化学电池单元30之间延伸的冷却翅片100)。然而，应注意的是，在其它实施例中，冷却翅片100可以设置在冷却通道50之间(例如，与隔板64偏移)。这可以使得冷却插入物80能够将冷却通道50分成两个不同的(例如，相同大小的)段86(参见图11和12)，这可以在两个段86之间提供更平衡的热传递。另外，这可以使得冷却翅片100能够相对于电化学电池单元30不同的定位(例如，与在电化学电池单元30的末端之间相反，在电化学电池单元30的末端附近)。事实上，在一些实施例中，一些冷却翅片100可以设置在冷却通道50内，从而延伸到隔板64中或其附近，并且一些冷却翅片100可以设置在冷却通道50之间。另外，在某些实施例中，冷却通道50可以与隔板64偏移(例如，在其之间)，并且冷却翅片100可以设置在冷却通道50中。
本公开还涵盖其中冷却插入物80包括冷却翅片100和冷却管90二者的实施例。例如，图17至图21示出具有冷却管90和冷却翅片100二者的冷却插入物80的实施例的底部立体图。根据实施例，冷却管90和冷却翅片100可以彼此叠加设置(例如，占据相同的冷却通道50)，或者冷却管90和冷却翅片100可以跨冷却插入物80交替。例如，在图17中，冷却插入物80包括设置在冷却插入物80上的冷却管90和从每个冷却管90延伸的冷却翅片100。如先前所描述，冷却管90可以是渐缩地以配合冷却管90设置在其中的冷却通道100。在图18中，图17的冷却插入物80被示为设置在侧壁52的横向腔84中。在所示实施例中，冷却翅片100被配置成朝向壳体31的内部(例如，具有电化学电池单元30)延伸。事实上，冷却翅片100可以部分地延伸到壳体31的隔板64中，从而使得冷却翅片100至少部分地在由隔板64中的一个分开的两个电化学电池单元39之间延伸。如先前所描述，具有冷却翅片100的这些实施例可以使得能够减少电化学电池单元30与导热冷却插入物80之间的距离，从而增强对冷却插入物80的热传递。另外，冷却翅片100可以将吸取的热量朝向冷却管90引导(由此促进到冷却通道50中的热传递)。因为冷却管90直接设置在侧壁52的冷却通道50中，所以流过冷却通道50(且因此，冷却管90)的流体可以更容易地从冷却插入物80(且通常从电池模块13)吸取热量。
如以上所提及，冷却翅片100和冷却管90可以跨冷却插入物80交替。例如，图19中示出具有冷却翅片100和冷却管90的冷却插入物80的实施例的立体图，其中每个冷却管90通过一个或多个冷却翅片100与相邻的冷却管90分开。关于壳体31的某些实施例并且如图20中所示，冷却翅片100可以设置在壳体31的侧壁52中，从而使得冷却翅片100在隔板64之间延伸。通常，壳体31的冷却通道50可以设置在隔板64之间或者可以不设置在隔板64之间。换言之，取决于实施例，设置在隔板64之间的冷却翅片100可以延伸穿过壳体31中的冷却通道50或者可以不延伸穿过壳体31中的冷却通道50。在图20中所示的实施例中，冷却插入物80的冷却管90设置在壳体31中的冷却通道50内与隔板64对齐。
额外地或替代地，冷却翅片100可以与隔板64对齐并且至少部分地延伸到隔板64中。例如，图21中示出具有与隔板64对齐的冷却翅片100的壳体31的实施例的立体图，然而冷却通道可以与隔板64对齐或者可以不与隔板64对齐。换言之，根据实施例，冷却翅片100可以延伸到与隔板64对齐的冷却通道50中或者可以不延伸到与隔板64对齐的冷却通道50中。在所示实施例中，冷却插入物80的冷却管90与隔板64之间的壳体31的冷却通道50对齐。如以上所描述，额外的冷却通道50可以与隔板64对齐，从而使得冷却翅片100在与隔板64对齐的冷却通道50内延伸。在上述实施例的任一个中，冷却插入物80可以与壳体31二次模制在一起(例如，从而形成横向腔84)，或者冷却插入物80可以插入到壳体31的侧壁52中的预成型的横向腔84中。事实上，与冷却插入物80和壳体31(例如，具有冷却通道50和隔板64)有关地且上文阐述的布置的任何组合和所有组合都是可以预期的。
作为上述冷却插入物80的实施例中的任一个的替代或添加，冷却插入物80可以包括在相对于面82的横向方向上从冷却插入物80延伸的延伸物，并且被配置成配合在电化学电池单元30的某些区域(例如，底部)之下。例如，图22和23分别示出具有横向延伸物110的冷却插入物80的实施例的透视图，并且冷却插入物80(具有横向延伸物110)设置在壳体31的侧壁52的一个中。在所示实施例中，横向延伸物110被配置(例如，确定大小和成形)以配合在电化学电池单元30下方，从而吸取电化学电池单元30的预定区域(例如，底部)附近的热量。根据实施例，横向延伸物110可以物理地接触电化学电池单元30的个别底部、可以通过电隔离(但是导热)层与电化学电池单元30的底部分开或者可以嵌入在壳体31内。在所示实施例中，横向延伸物110可以在角度111(例如，90度)下从冷却插入物80的主体112延伸。主体112包括如图11和12中所示的两个宽的连续平坦面82，然而在其他实施例中，主体112包括本文描述的任何表面特征。横向延伸物110可以从设置在壳体31中的电化学电池单元30的底部吸取热量，并且将热量朝向两个宽的连续平坦面82引导。因此，流过冷却插入物80的主体112的至少一部分设置于其中的冷却通道50的流体可以从主体12吸取热量。
应注意的是，如以上所描述，任何冷却插入物80可以被配置成设置在横向腔84内，或者可以被二次模制到壳体31的侧壁52中，从而形成侧壁52的横向腔84。冷却插入物80连同渐缩冷却通道50一起可以通过例如增加电池模块13的热传递表面面积、通过增加电池模块13附近(例如，穿过冷却通道50)的流体流动的速度以及通过减少电化学电池单元30所产生的热量在被从电池模块13吸取(例如，通过流过冷却通道50的流体)之前必须行进的距离来增强电池模块13的热管理。
虽然已经示出和描述本发明的仅某些特征和实施例，但是本领域技术人员可以在实质上不脱离权利要求所述的主题的新颖教导和优点的情况下想到许多修改和改变(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化、参数(例如，温度、压力等)值、安装布置、材料的使用、颜色、取向等)。任何过程或方法步骤的次序或顺序可以根据替代实施例来变化或重新排序。因此，应理解的是，所附权利要求旨在涵盖属于本发明的真实精神内的所有这些修改和改变。此外，为了提供示例性实施例的简洁描述，可能尚未描述实际实施的所有特征(即，与当前想到的实施发明的最佳模式无关的那些特征或者与实现所要求保护的发明无关的那些特征)。应了解的是，在任何这些实际实施的开发中，如在任何工程和设计方案中，可以做出许多实施特定决定。这种开发尝试可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，却是无需大量实验的常规设计、制造和生产工作。

Claims (42)

1.一种电池模块，包括：
以堆叠的形式设置在壳体内的多个电化学电池单元，其中所述壳体包括：
第一侧壁和与第一侧壁相对的第二侧壁，其中第一侧壁和第二侧壁沿着和堆叠相同的方向延伸以使得所述多个电化学电池单元的每一个电化学电池单元均被布置在第一侧壁和第二侧壁之间，并且其中第一侧壁和第二侧壁中的每一个包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元包括具有至少一个端子的顶端、与所述顶端相对的底端、在所述顶端与所述底端之间延伸的第一侧面和在所述顶端与所述底端之间延伸的第二侧面，其中所述第一侧壁与所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元的所述第一侧面相邻并沿着其延伸，并且其中所述第二侧壁与所述多个电化学电池单元中的每一个电化学电池单元的所述第二侧面相邻并沿着其延伸；
从所述第一表面到所述第二表面穿过所述壳体的相应的第一侧壁或者第二侧壁延伸的多个冷却通道，其中所述多个冷却通道配置成允许流体穿过其中流动以通过从所述多个电化学电池单元、穿过所述壳体的至少一部分并且到达所述多个冷却通道的热传递来冷却所述多个电化学电池单元，并且其中所述多个冷却通道中的至少一个冷却通道包括：
跨所述相应的第一侧壁或者第二侧壁的所述第一表面的第一截面和跨所述相应的第一侧壁或者第二侧壁的所述第二表面的第二截面，其中所述第一截面的面积与所述第二截面的面积不同；以及
在所述第一截面与所述第二截面之间延伸的渐缩部分。
2.如权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块为锂离子电池或所述壳体至少部分为聚合物材料。
3.如权利要求1所述的电池模块，其中所述多个冷却通道中的每个冷却通道的所述第一截面和所述第二截面包括共同的截面形状。
4.如权利要求1所述的电池模块，其中所述多个冷却通道中的第一冷却通道包括对应于所述第一冷却通道的第一截面和第二截面的第一截面形状，所述多个冷却通道中的第二冷却通道包括对应于所述第二冷却通道的第一截面和第二截面的第二截面形状，其中所述第一截面形状与所述第二截面形状不同。
5.如权利要求1所述的电池模块，其包括设置在所述壳体的横向腔内的冷却插入物，所述横向腔沿相应的第一侧壁或者第二侧壁在所述多个冷却通道的至少两个冷却通道之间延伸。
6.如权利要求5所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括配置成将热传导离开所述多个电化学电池单元的金属材料。
7.如权利要求5所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括两个宽面，其中所述两个宽面配置成在相应的第一侧壁或第二侧壁内延伸以及在所述多个冷却通道的所述至少两个冷却通道之间延伸，并且其中所述两个宽面中的至少一个宽面设置在所述多个冷却通道的所述至少两个冷却通道内。
8.如权利要求7所述的电池模块，其中所述冷却插入物的所述两个宽面是平坦的。
9.如权利要求7所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的至少一个上的多个冷却翅片，其中所述多个冷却翅片中的至少一个冷却翅片配置成至少部分地在所述多个冷却通道中的一个冷却通道内延伸。
10.如权利要求7所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的所述至少一个宽面上的多个插入物通道，其中所述多个插入物通道中的每一个配置成设置到所述多个冷却通道的其中一个冷却通道中。
11.如权利要求7所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的至少一个上的多个冷却翅片，其中所述多个冷却翅片中的每个冷却翅片配置成至少部分地延伸到所述壳体的相应的第一侧壁或第二侧壁中。
12.如权利要求5所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分设置在所述壳体的所述横向腔内，并且所述第二部分相对于所述第一部分横向地并且沿着所述壳体的底表面延伸。
13.如权利要求5所述的电池模块，其中所述壳体被模制在所述冷却插入物上。
14.如权利要求1所述的电池模块，其包括风扇，所述风扇配置成将空气从所述第一截面或所述第二截面中的面积较小者朝向所述第一截面或所述第二截面中的面积较大者吹过所述多个冷却通道。
15.一种电池模块，包括：
设置在壳体内的多个电化学电池单元，其中所述壳体包括：
具有第一表面和第二表面的第一侧壁；以及
从所述第一表面到所述第二表面穿过所述壳体的所述第一侧壁延伸的多个冷却通道，其中所述多个冷却通道配置成允许穿过其中的流体流动以用于通过从所述多个电化学电池单元、穿过所述壳体的至少一部分并且到达所述多个冷却通道的热传递来冷却所述多个电化学电池单元，其中所述多个冷却通道中的至少一个冷却通道包括：
跨所述第一侧壁的所述第一表面的第一截面和跨所述第一侧壁的所述第二表面的第二截面，其中所述第一截面的面积与所述第二截面的面积不同；以及
在所述第一截面与所述第二截面之间延伸的渐缩部分；
设置在所述壳体的横向腔内的冷却插入物，所述横向腔沿所述第一侧壁在所述多个冷却通道的至少两个冷却通道之间延伸。
16.如权利要求15所述的电池模块，其中所述多个电化学电池单元中的每一个包括具有至少一个端子的顶端、与所述顶端相对的底端以及在所述顶端与所述底端之间延伸的侧面，其中所述第一侧壁沿所述多个电化学电池单元中的每一个的所述侧面延伸。
17.如权利要求15所述的电池模块，其中所述多个冷却通道中的每个冷却通道的所述第一截面和所述第二截面包括共同的截面形状。
18.如权利要求15所述的电池模块，其中所述多个冷却通道中的第一冷却通道包括对应于所述第一冷却通道的第一截面和第二截面的第一截面形状，所述多个冷却通道中的第二冷却通道包括对应于所述第二冷却通道的第一截面和第二截面的第二截面形状，其中所述第一截面形状与所述第二截面形状不同。
19.如权利要求15所述的电池模块，其中所述电池模块为锂离子电池或所述壳体至少部分为聚合物材料。
20.如权利要求19所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括配置成将热传导离开所述多个电化学电池单元的金属材料。
21.如权利要求19所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括两个宽面，其中所述两个宽面配置成在所述第一侧壁内延伸以及在所述多个冷却通道的所述至少两个冷却通道之间延伸，并且其中所述两个宽面中的至少一个设置在所述多个冷却通道的所述至少两个冷却通道内。
22.如权利要求21所述的电池模块，其中所述冷却插入物的所述两个宽面是平坦的。
23.如权利要求21所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的至少一个上的多个冷却翅片，其中所述多个冷却翅片中的至少一个冷却翅片配置成至少部分地在所述多个冷却通道中的一个冷却通道内延伸。
24.如权利要求21所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的所述至少一个宽面上的多个插入物通道，其中所述多个插入物通道中的每一个配置成设置到所述多个冷却通道的其中一个冷却通道中。
25.如权利要求21所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括设置在所述两个宽面中的至少一个上的多个冷却翅片，其中所述多个冷却翅片中的每个冷却翅片配置成至少部分地延伸到所述壳体的所述第一侧壁中。
26.如权利要求19所述的电池模块，其中所述冷却插入物包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分设置在所述壳体的所述横向腔内，并且所述第二部分相对于所述第一部分横向地沿所述壳体的底表面延伸。
27.如权利要求19所述的电池模块，其中所述壳体被模制在所述冷却插入物上。
28.如权利要求15所述的电池模块，其包括风扇，所述风扇配置成将空气从所述第一截面或所述第二截面中的面积较小者朝向所述第一截面或所述第二截面中的面积较大者吹过所述多个冷却通道。
29.一种用于电池模块的壳体，包括：
第一侧壁和与所述第一侧壁相对设置的第二侧壁；以及
设置在所述壳体的所述第一侧壁与第二侧壁之间，并且由从所述第一侧壁和第二侧壁向内延伸的多个隔板限定的多个第一内槽和多个第二内槽，其中所述多个第一内槽配置成容纳多个电化学电池单元中的每个电化学电池单元的第一侧面，所述多个第二内槽配置成容纳多个电化学电池单元中的每个电化学电池单元的第二侧面，并且所述多个隔板被间隔开以使得所述多个第一内槽和多个第二内槽中的每个内槽的大小能容纳所述多个电化学电池单元中的一个或多个电化学电池单元，其中所述壳体的所述第一侧壁和第二侧壁包括：
配置成设置在所述电化学电池单元的端子附近的顶表面；
与所述顶表面相对设置的底表面；以及
从所述顶表面到所述底表面穿过所述第一侧壁和第二侧壁延伸的多个冷却通道，其中所述多个冷却通道配置成允许流体在所述多个电化学电池单元的侧面附近流动穿过其中，以用于借助于从所述多个电化学电池单元至少通过壳体并且到达所述多个冷却通道的热传递来冷却所述多个电化学电池单元，其中所述多个冷却通道中的每个冷却通道从所述顶表面到所述底表面或者从所述底表面到所述顶表面是渐缩的。
30.如权利要求29所述的壳体，其包括：
在所述第一侧壁内延伸的第一横向腔和在所述第二侧壁内延伸的第二横向腔，其中所述第一横向腔和第二横向腔中的每一个延伸穿过所述多个冷却通道的至少一部分；以及
配置成设置在所述第一横向腔内的第一冷却插入物和配置成设置在所述第二横向腔内的第二冷却插入物。
31.如权利要求30所述的壳体，其中所述第一冷却插入物和第二冷却插入物中的每一个配置成分别插入到所述第一横向腔和第二横向腔中，或者其中所述壳体被模制在所述第一冷却插入物和第二冷却插入物中的每一个上，从而分别形成所述第一横向腔和第二横向腔。
32.如权利要求30所述的壳体，其中所述第一冷却插入物包括多个冷却翅片，并且所述多个冷却翅片中的每个冷却翅片配置成至少部分地设置在所述多个冷却通道的其中一个冷却通道内。
33.如权利要求30所述的壳体，其中所述第一冷却插入物包括第一部分和第二部分，其中所述第一部分设置在所述壳体的所述第一横向腔内，并且所述第二部分相对于所述第一部分横向地沿底部壳体表面延伸。
34.如权利要求29所述的壳体，其中所述多个冷却通道的每个冷却通道包括相同的截面形状，其中所述截面形状是三角形、矩形、圆形、椭圆形或卵形。
35.如权利要求29所述的壳体,其中所述顶表面具有平面取向，其与所述隔板向内延伸的方向对齐；其中所述底表面与所述顶表面对齐。
36.根据权利要求29所述的壳体，其中，所述壳体至少部分为聚合物材料。
37.一种用于电池模块的壳体，包括:
至少一个侧壁，所述侧壁配置成沿由所述壳体容纳的电化学电池单元的侧面设置，其中所述至少一个侧壁中的每个侧壁包括：
配置成设置在所述电化学电池单元的端子附近的顶表面；
与所述顶表面相对设置的底表面；以及
多个渐缩冷却通道，所述多个渐缩冷却通道中的每个渐缩冷却通道穿过所述至少一个侧壁的其中一个侧壁从所述顶表面延伸到所述底表面；以及
横向腔，所述横向腔在所述至少一个侧壁的其中一个侧壁内延伸并且联接到相应的渐缩冷却通道；以及
冷却插入物，所述冷却插入物配置成设置在所述横向腔内，以使得所述冷却插入物至少部分地延伸穿过所述多个渐缩冷却通道。
38.如权利要求37所述的壳体，其中所述冷却插入物包括穿过所述冷却插入物设置的多个冷却管，其中所述多个冷却管中的每个冷却管配置成设置在所述多个渐缩冷却通道的其中一个渐缩冷却通道中。
39.如权利要求37所述的壳体，其中所述冷却插入物包括从所述冷却插入物的宽面延伸的多个冷却翅片，其中所述多个冷却翅片中的每个冷却翅片配置成至少部分地延伸到所述多个渐缩冷却通道的其中一个渐缩冷却通道中。
40.如权利要求37所述的壳体，其中所述多个渐缩冷却通道中的每个渐缩冷却通道包括跨相应的一个侧壁的所述顶表面的第一截面和跨相应的一个侧壁的所述底表面的第二截面，其中所述第一截面的面积不等于所述第二截面的面积。
41.如权利要求38所述的壳体，其中所述多个渐缩冷却通道中的每个渐缩冷却通道从相应的一个侧壁的所述顶表面到所述相应的一个侧壁的所述底表面或者从所述相应的一个侧壁的所述底表面到所述相应的一个侧壁的所述顶表面是渐缩的，其中所述多个渐缩冷却通道中的每个渐缩冷却通道包括在相应的一个侧壁的所述顶表面处的共同截面形状，并且其中所述共同截面形状是三角形、矩形、圆形、椭圆形或卵形。
42.根据权利要求37所述的壳体，其中，所述壳体至少部分为聚合物材料。
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